Измеритель индуктивности в действии. Он отображает резонансную частоту вместе с индуктивностью.

Недавно я завершил небольшой Arduino проект. Это шилд для Arduino Uno, который позволяет измерять индуктивность. Данная функциональность обычно отсутствует в стандартном цифровом измерительном приборе. Да, есть еще и специализированные измерители LCR, которые позволяют измерять индуктивность, но они обычно не измеряют напряжение или ток. Поэтому я решил самостоятельно изготовить измеритель индуктивности.

Плата без дисплея
Принципиальная схема:

Основа схемы очень проста. Устройство представляет собой генератор Колпитца без катушки. Вы можете использовать измерительные щупы для подсоединения к катушке, которая будет обеспечивать резонанс. Далее Arduino измерит частоту, на которой генератор резонирует и вычислит индуктивность. Конденсаторы являются частью шилда и их емкость заранее известна.

При разомкнутых измерительных щупах генератор не может резонировать. Вместо этого отображается текущая калибровка/нулевое смещение.

На шилде установлена индуктивность величиной 1мкГн, которая подсоединена последовательно к измеряемой катушке. Она служит для двух целей: генератор может резонировать, когда вы закоротите измерительные щупы. Затем, когда вы нажмете кнопку на шилде, программа будет использовать текущее измерение в качестве нового значения калибровки. Индуктивность также устанавливает верхний предел для резонансной частоты. Это гарантирует, что программа остальной схемы сможет поддерживать работу генератора.

Нажатие данной синей кнопки обнуляет измеритель.

Как видно по схеме, генератор использует два конденсатора, емкостью 1нФ, соединенных последовательно. Вместе с индуктивностью 1мкГн, они ограничивают частоту до величины примерно 7.1МГц. На практике, генерируется частота величиной около 5.4МГц, когда измерительные щупы закорочены.

Вид снизу шилда Arduino

Выход генератора, за которым следует компаратор, превращает синусоидальный сигнал генератора в прямоугольный сигнал. Я использовал недорогой, но быстрый компаратор MCP6561R компании Microchip. Он имеет максимальную задержку прохождения сигнала величиной 80нс, что позволяет обеспечить максимальную частоту.

Вид сверху

Однако, естественно, частота 5.4МГц слишком высокая, чтобы поддерживаться Arduino. Arduino работает на частоте 16МГц и нуждается в нескольких дюжинах инструкций для обработки каждого импульса от шилда. Мое решение было таким – добавить 8-битный двоичный счетчик 74HC590, который делит частоту на 256. Его использование позволяет обеспечить теоретическую максимальную частоту 7.2МГц / 256 = 27.7кГц. А это уже то значение, с которым легко может справиться Arduino.

Весь шилд без дисплея

По очевидным причинам, на шилд также установлен дисплей. Есть еще и нажимная кнопка, дребезг контактов которой устраняется аппаратно с помощью низкочастотного RC-фильтра, а также буфера с триггером Шмидта. Кнопка используется для обнуления измерителя, т.е. текущее измерение используется как новое нулевое смещение.

Устройство может измерять даже очень маленькие значения индуктивности

Все сопутствующие файлы можно загрузить архивом с нашего сервера. В него входит исходный код для Arduino (также называемый скетч), а также файлы Eagle и PDF-файлы компоновки и схемы.